JP2023143276A - 表面形状測定装置及び表面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定時に生じる振動による影響による誤差を軽減することできる表面形状測定装置及び表面形状測定方法を提供する。【解決手段】測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置は、測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら所定の撮像間隔ごとに測定対象物を撮像する第１撮像系と、第１撮像系とは別体であり、第１撮像系と同期して測定対象物又は測定対象物の支持物を撮像する第２撮像系と、第１撮像系が撮像した複数の第１撮像画像に基づき、測定対象物の表面形状を算出する演算部と、第２撮像系の第２座標系を第１撮像系の第１座標系に変換するための座標系変換情報を記憶する記憶部と、第２撮像系が撮像した複数の第２撮像画像に基づき、第１撮像系の撮像中における測定対象物の変位を検出する変位検出部と、変位検出部が検出した変位の検出結果と、座標系変換情報とに基づき、演算部が算出した表面形状を補正する補正部と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は表面形状測定装置及び表面形状測定方法に関する。

フォーカスバリエーション（Focus Variation：ＦＶ）方式の顕微鏡、共焦点方式の顕微鏡、白色干渉顕微鏡、及びオートフォーカス（Auto Focus：ＡＦ）装置等の走査測定装置を用いて、測定対象物の測定面の三次元形状（全焦点画像及び表面形状等）を測定する走査測定方法が知られている（特許文献１から３参照）。このような測定装置は、カメラ付きの顕微鏡を走査方向に沿って走査しながら一定のピッチごとにカメラにより測定面を撮影し、ピッチごとの撮影画像に基づき各撮影画像の画素ごとに合焦度（顕微鏡の焦点位置）を演算或いは画素ごとに高さ情報を演算することで、測定面の三次元形状を測定する。これらの測定装置は、測定対象物の高さプロファイルを面で取得することができるため、微細な三次元形状や粗さを測定する際に、非常に有用な測定装置となっている。

特開２０１６－９９２１３号公報 特開２０１５－８４０５６号公報 特開２０１６－９０５２０号公報

ところで、上述の測定装置では、高さ方向に光学系を走査する必要があり、走査中に、測定対象物の位置がずれたり、振動したりすると、その位置ずれ分が測定誤差となって顕在化しやすいという問題がある。

そのため、床からの振動を遮断するために除振台上に測定装置を設置したり、風や音響による振動を遮断するため、測定装置の周囲に防風カバーを設置したりすることが考えられる。

しかしながら、除振台や防風防音カバーの設置についてはスペースの制約が大きく、特に加工機内や工場ライン内の測定装置に除振台や防風防音カバーを設置することができないなどの問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定時に生じる振動の影響による誤差を軽減することが可能な表面形状測定装置及び表面形状測定方法を提供することを目的とする。

第１態様の測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置は、測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら所定の撮像間隔ごとに測定対象物を撮像する第１撮像系と、第１撮像系とは別体であり、第１撮像系と同期して測定対象物又は測定対象物の支持物を撮像する第２撮像系と、第１撮像系が撮像した複数の第１撮像画像に基づき、測定対象物の表面形状を算出する演算部と、第２撮像系の第２座標系を第１撮像系の第１座標系に変換するための座標系変換情報を記憶する記憶部と、第２撮像系が撮像した複数の第２撮像画像に基づき、第１撮像系の撮像中における測定対象物の変位を検出する変位検出部と、変位検出部が検出した変位の検出結果と、座標系変換情報とに基づき、演算部が算出
した表面形状を補正する補正部と、を備える。

第２態様の表面形状測定装置において、座標系変換情報は、第２座標系を第１座標系に変換する変換行列である。

第３態様の表面形状測定装置において、校正ターゲットに対して第１撮像系及び第２撮像系が撮像した結果から座標系変換情報を取得する校正部を備える。

第４態様の表面形状測定装置において、第２撮像系が、単眼のカメラを備え、変位検出部はバンドル調整方式により測定対象物の変位を検出する。

第５態様の表面形状測定装置において、第２撮像系が、複眼のカメラを備え、変位検出部はステレオカメラ方式により測定対象物の変位を検出する。

第６態様の表面形状測定装置において、測定対象物又は測定対象物の支持物にマーカーが添付されている場合、変位検出部はマーカーを追跡することで測定対象物の変位を検出する。

第７態様の表面形状測定装置において、測定対象物又は測定対象物の支持物にマーカーが添付されていない場合、変位検出部は、測定対象物又は測定対象物の支持物に設定された特徴点を追跡することで前記測定対象物の変位を検出する。

第８態様の表面形状測定装置において、第１撮像系は白色干渉方式、レーザ共焦点方式、又は合焦点方式のいずれかの方式の顕微鏡。

第９態様の表面形状測定方法は、第１撮像系を測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら所定の撮像間隔ごとに測定対象物を撮像すると第１撮像工程と、第１撮像系とは別体の第２撮像系で、第１撮像系と同期して測定対象物又は測定対象物の支持物を撮像する第２撮像工程と、第１撮像工程で撮像された複数の第１撮像画像に基づき、測定対象物の表面形状を算出する演算工程と、第２撮像系が撮像した複数の第２撮像画像に基づき、第１撮像系の撮像中における測定対象物の変位を検出する変位検出工程と、変位検出工程検出結果と、第２撮像系の第２座標系を第１撮像画像の第１座標系に変換するための座標系変換情報とに基づき、演算工程が算出した表面形状を補正する補正工程と、を備える。

本発明によれば、測定時に生じる振動の影響による誤差を軽減することできる。

図１は第１実施形態の表面形状測定装置の概略図である。 図２は第１撮像系を説明するための図である。 図３は第２撮像系を説明するための図である。 図４は第１実施形態の表面形状測定装置における制御装置の機能ブロック図である。 図５はオプティカルフローを説明するための図である。 図６はマーカーを説明するための図である。 図７は表面形状測定方法の一例を示すフローチャート図である。 図８は事前準備の校正について説明するための図である。 図９は第２実施形態の表面形状測定装置の概略図である。

以下、添付図面にしたがって本発明の好ましい実施の形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の表面形状測定装置１の概略図である。なお、図中の互いに直交するＸＹＺ方向のうち、ＸＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は上下方向（垂直方向）である。

図１に示すように、表面形状測定装置１は、測定対象物Ｗの表面形状を測定するための測定装置であり、第１撮像系１０と、第１撮像系１０と別体の第２撮像系５０と、制御装置９０と、を備える。図１では、測定対象物Ｗは、治具７２の上に載置されている。治具７２は、本発明の測定対象物Ｗの支持物の一例である。測定対象物Ｗの支持物は、測定対象物Ｗを支持できる限り、大きさ、形状などは限定されない。

第１撮像系１０は、測定対象物Ｗに対して垂直方向に相対的に走査しながら所定の撮像間隔ごとに測定対象物Ｗを撮像する。第１撮像系１０は、実施形態では白色干渉方式の顕微鏡である。

第２撮像系５０は、第１撮像系１０と同期して測定対象物Ｗ又は治具７２を撮像する。第２撮像系５０は、第１実施形態では、２つのカメラ５１及び５２を備え、ステレオカメラ（複眼のカメラ）として構成されている。

制御装置９０は、第１撮像系１０及び第２撮像系５０と接続されており、操作部９１に対する入力操作に応じて、表面形状測定装置１を統括的に制御する。表示部９２は、制御装置９０の制御の下、各種情報を表示する。

第１実施形態の表面形状測定装置１は、第１撮像系１０が測定対象物Ｗを撮像すると共に、第１撮像系１０とは別体の第２撮像系５０が第１撮像系１０による撮像開始からの測定対象物Ｗの変位を撮像する。そして、表面形状測定装置１は、第１撮像系１０が撮像した複数の撮像画像（本発明の第１撮像画像）に基づいて測定対象物Ｗの表面形状を算出する。表面形状測定装置１はさらに、第２撮像系５０が撮像した撮像画像（本発明の第２撮像画像）に基づいて検出した変位（並進変位及び回転変位）に基づいて、上記のようにして算出した測定対象物Ｗの表面形状を補正する。

ここで、表面形状測定装置１では、測定の事前準備として、座標系変換情報（第２撮像系５０の第２座標系を、第１撮像系１０の第１座標系に変換するための座標系変換行列）を取得するための校正がなされており、後述する記憶部１０８には校正により取得された座標系変換情報が記憶されている。そして、表面形状測定装置１は、測定対象物Ｗの測定時には、第１撮像系１０と第２撮像系５０とにより測定対象物Ｗを撮像した撮像結果と、記憶部１０８に記憶されている座標系変換情報とにも基づいて、測定対象物Ｗの表面形状を補正する。なお、表面形状測定装置１の校正については後述する。

表面形状測定装置１は事前に校正されているので、測定時において第１撮像系１０と第２撮像系５０の相対位置は、校正時と同じであることが好ましい。したがって、第１撮像系１０と第２撮像系５０とは、同じ系、例えば、同じ架台等に設置される。

次に、第１撮像系１０、第２撮像系５０及び制御装置９０の各構成を説明する。

＜第１撮像系＞
図２は、第１撮像系１０を説明するための図である。図２に示すように、第１撮像系１
０は、測定対象物Ｗの測定面の三次元形状（表面形状）の測定を行うため、光学ヘッド１２と、駆動部１６と、エンコーダ１８と、ステージ７０と、ステージ駆動部７４とを備える。ステージ７０は光学ヘッド１２に対しＺ方向下側に配置されている。

光学ヘッド１２は、図１に示すようにマイケルソン型の白色干渉顕微鏡で構成される。

光学ヘッド１２は、カメラ１４と、光源部２６と、ビームスプリッタ２８と、干渉対物レンズ３０と、結像レンズ３２と、を備える。

干渉対物レンズ３０と、ビームスプリッタ２８と、結像レンズ３２と、カメラ１４とが、測定対象物ＷからＺ方向上方側に沿って、この順で配置されている。また、ビームスプリッタ２８に対してＸ方向（Ｙ方向でも可）に対向する位置に光源部２６が配置される。

光源部２６は、制御装置９０の制御の下、ビームスプリッタ２８に向けて平行光束の白色光（可干渉性の少ない低コヒーレンス光）を、測定光Ｌ１として出射する。この光源部２６は、図示は省略するが、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンランプ、及び高輝度放電ランプなどの測定光Ｌ１を出射可能な光源と、この光源から出射された測定光Ｌ１を平行光束に変換するコレクタレンズと、を備える。

ビームスプリッタ２８は、例えばハーフミラーが用いられる。ビームスプリッタ２８は、光源部２６から入射した測定光Ｌ１の一部をＺ方向下方側の干渉対物レンズ３０に向けて反射する。また、ビームスプリッタ２８は、干渉対物レンズ３０から入射する後述の合波光Ｌ３の一部をＺ方向上方側に透過して、この合波光Ｌ３を結像レンズ３２に向けて出射する。

干渉対物レンズ３０は、マイケルソン型であり、対物レンズ３０Ａと、ビームスプリッタ３０Ｂと、参照面３０Ｃと、を備える。測定対象物ＷからＺ方向上方側に沿ってビームスプリッタ３０Ｂ及び対物レンズ３０Ａが順に配置される。また、ビームスプリッタ３０Ｂに対してＸ方向（Ｙ方向でも可）に対向する位置に参照面３０Ｃが配置される。

対物レンズ３０Ａは、集光作用を有しており、ビームスプリッタ２８から入射した測定光Ｌ１を、ビームスプリッタ３０Ｂを通して測定対象物Ｗに集光させる。

ビームスプリッタ３０Ｂは、例えばハーフミラーが用いられる。ビームスプリッタ３０Ｂは、対物レンズ３０Ａから入射する測定光Ｌ１の一部を参照光Ｌ２として分割し、残りの測定光Ｌ１を透過して測定対象物Ｗに出射し且つ参照光Ｌ２を参照面３０Ｃに向けて反射する。ビームスプリッタ３０Ｂを透過した測定光Ｌ１は、測定対象物Ｗに照射された後、測定対象物Ｗにより反射されてビームスプリッタ３０Ｂに戻る。

参照面３０Ｃは、例えば反射ミラーが用いられ、ビームスプリッタ３０Ｂから入射した参照光Ｌ２をビームスプリッタ３０Ｂに向けて反射する。この参照面３０Ｃは、不図示の位置調整機構によってＸ方向の位置を手動調整可能である。これにより、ビームスプリッタ３０Ｂと参照面３０Ｃとの間の参照光Ｌ２の光路長を調整することができる。この参照光路長は、ビームスプリッタ３０Ｂと測定対象物Ｗとの間の測定光Ｌ１の光路長と一致（略一致を含む）するように調整される。

ビームスプリッタ３０Ｂは、測定対象物Ｗから戻る測定光Ｌ１と参照面３０Ｃから戻る参照光Ｌ２との合波光Ｌ３を生成し、この合波光Ｌ３をＺ方向上方側の対物レンズ３０Ａに向けて出射する。この合波光Ｌ３は、対物レンズ３０Ａ及びビームスプリッタ２８を透過して結像レンズ３２に入射する。白色干渉顕微鏡の場合、合波光Ｌ３は干渉縞を含む干
渉光となる。

結像レンズ３２は、ビームスプリッタ２８から入射した合波光Ｌ３をカメラ１４の撮像面（図示は省略）に結像させる。具体的には結像レンズ３２は、対物レンズ３０Ａの焦点面上における点を、カメラ１４の撮像面上の像点として結像する。

カメラ１４は、図示は省略するがＣＣＤ（Charge Coupled Device）型又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮像素子を備える。カメラ１４は、駆動部１６により走査されている間、結像レンズ３２により撮像面に結像された合波光Ｌ３を測定対象物Ｗの画像として複数の撮像画像を撮像する。

駆動部１６は、公知のリニアモータ或いはモータ駆動機構により構成される。駆動部１６は、光学ヘッド１２を垂直な走査方向（光学ヘッド１２の光軸方向）であるＺ方向に、測定対象物Ｗに対して相対的に走査自在に保持する。駆動部１６は、制御装置９０の制御の下、測定対象物Ｗに対して光学ヘッド１２を、設定された走査速度及び走査方向の範囲で、相対的に移動させる。

なお、駆動部１６は、測定対象物Ｗに対して光学ヘッド１２を走査方向に相対的に走査可能であればよく、例えば、測定対象物Ｗを支持するステージ７０を走査方向に走査させてもよい。

ステージ７０は、測定対象物Ｗを支持するステージ面を有する。ステージ面は、Ｘ方向及びＹ方向に略平行な平坦面で構成される。ステージ駆動部７４は、公知のリニアモータ或いはモータ駆動機構により構成されており、制御装置９０の制御の下、光学ヘッド１２に対してステージ７０を走査方向に垂直な面内（Ｘ方向及びＹ方向）で相対的に水平移動させる。

エンコーダ１８は、測定対象物Ｗに対する光学ヘッド１２の走査方向位置を検出する位置検出センサであり、例えば、光学式リニアエンコーダ（スケールとも称する）が用いられる。光学式リニアエンコーダは、例えば、一定間隔でスリットが形成されたリニアスケールと、リニアスケールを挟んで対向配置された受光素子及び発光素子と、により構成される。

＜第２撮像系＞
図３は、第２撮像系５０を説明するための図である。図３に示すように、第２撮像系５０は、２個の単眼のカメラ５１及び５２を備えており、ステレオカメラを構成する。カメラ５１及び５２は、ＣＣＤ型又はＣＯＭＳ型の撮像素子及びレンズ系を備える。第２撮像系５０のカメラ５１及び５２カメラ５２は、第１撮像系１０が測定対象物Ｗを撮像する間、測定対象物Ｗ又は治具７２を、複数の異なる方向から撮像する。第２撮像系５０は撮像したステレオ画像ＳＧを第２撮像画像として制御装置９０に出力する。ステレオ画像ＳＧは、カメラ５１により撮像された第１ステレオ画像ＳＧ１と、カメラ５２により撮像された第２ステレオ画像ＳＧ２とから構成される。ステレオ画像ＳＧは両眼視差を含むので、ステレオ画像ＳＧに基づいて制御装置９０で処理することで立体的な空間における三次元座標を取得することが可能となる。

既述したように、第１撮像系１０はカメラ１４を備え、第２撮像系５０は、カメラ５１及び５２を備える。しかしながら、カメラ１４と、カメラ５１及び５２とは、第１撮像系１０及び第２撮像系５０の目的から、その特性が異なる。第１撮像系１０は測定対象物Ｗの微細形状及び粗さを測定するため、カメラ１４は空間を弁別できる高い分解能を必要とする。反面、高い分解能を備えるカメラ１４の視野は狭くなり、第１撮像系１０の撮像中
における測定対象物Ｗの変位（並進変位及び回転変位）を測定することが難しい。

第２撮像系５０は第１撮像系１０の撮像中における測定対象物Ｗの変位（並進変位及び回転変位）を測定するため、カメラ５１及び５２は、カメラ１４に求めれる空間を弁別できるような高い分解能を必要としない。高い分解能を必要としないので、カメラ５１及び５２の視野は広くなり、第１撮像系１０の撮像中における測定対象物Ｗの変位を検出することが可能となる。

したがって、第１撮像系１０と第２撮像系５０とは、その目的に応じて特性の異なるカメラを使用している。

＜制御装置＞
制御装置９０は、各種のプロセッサ（Processor）及びメモリ等から構成された演算回路を備える。各種のプロセッサには、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びプログラマブル論理デバイス［例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Devices）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）、及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays）］等が含まれる。なお、制御装置９０の各種機能は、１つのプロセッサにより実現されてもよいし、同種または異種の複数のプロセッサで実現されてもよい。

図４は、第１実施形態の表面形状測定装置１における制御装置９０の機能ブロック図である。図４に示すように、制御装置９０には、第１撮像系１０と、第２撮像系５０と、操作部９１が接続されている。

制御装置９０は、第１撮像系制御部１００と、演算部１０２と、第２撮像系制御部１０４と、変位検出部１０６と、記憶部１０８と、制御部１１０と、補正部１１２と、校正部１１４と、測定部１１６と、を備え、記憶部１０８から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、それぞれの機能を実現し、処理を実行する。制御部１１０は制御装置９０の全体の処理を制御する。また、記憶部１０８は、各種プログラム、測定結果などを記憶すると共に、後述する座標系変換情報を記憶する。座標系変換情報は、第２座標系から第１座標系への座標系変換行列である。なお、座標系変換情報は、第２座標系から第１座標系への座標系変換が可能な情報であれば特に限定されず、行列以外の形式であってもよい。例えば、数式やパラメータ表現などであってもよい。

第１撮像系制御部１００は、第１撮像系１０のカメラ１４、駆動部１６、光源部２６、及びステージ駆動部７４を制御して、測定対象物Ｗに対する複数の第１撮像画像を取得する。具体的には第１撮像系制御部１００は、光源部２６からの測定光Ｌ１の出射を開始させた後、駆動部１６を制御して光学ヘッド１２をＺ方向に走査させる。また、第１撮像系制御部１００は、駆動部１６が光学ヘッド１２をＺ方向に走査する間、エンコーダ１８による光学ヘッド１２のＺ方向位置の検出結果に基づき、所定の撮像間隔ごとに、カメラ１４に測定対象物Ｗを撮像させ、制御装置９０への第１撮像画像の出力を繰り返し実行させる。

演算部１０２は、干渉縞が発生している第１撮像画像の画素ごとの輝度値を検出する。そして、演算部１０２は、各第１撮像画像（カメラ１４の撮像素子）の同一座標の画素ごとの輝度値（干渉信号）から、輝度値のエンベロープを比較する。演算部１０２は、第１撮像画像の同一座標の画素ごとにエンベロープが最大になるＺ方向位置を決定することで、同一座標の画素ごとに測定対象物Ｗの高さ情報を演算し、測定対象物Ｗの表面形状（三次元形状）を算出する。

第２撮像系制御部１０４は、第２撮像系５０のカメラ５１及び５２を制御し、第１撮像系１０と同期させて、測定対象物Ｗを撮像し、制御装置９０へ、ステレオ画像ＳＧを第２撮像画像として出力する。

変位検出部１０６は、第２撮像系５０の第２撮像画像に基づき、測定対象物Ｗの上に設定された注目ポイントの変位前の座標（初期位置）と変位後の座標（現在位置）を求め、初期位置に対する現在位置の変位（並進変位及び回転変位）を示す変位行列を算出（検出）する。

ここで、測定対象物Ｗの上に設定される注目ポイントの設定形態として、（Ａ）測定対象物Ｗにマーカーを添付しない形態と、（Ｂ）測定対象物Ｗにマーカーを添付する形態と、がある。以下、各形態について説明する。

（Ａ）測定対象物Ｗにマーカーを添付しない形態
第１撮像系１０が測定対象物Ｗを撮像する際に、測定対象物Ｗが十分な精度でトラッキングできる特徴点を有する場合、その特徴点が注目ポイントとして設定される。

測定対象物Ｗにマーカーを添付しない形態では、オプティカルフロー法により、第２撮像系５０により撮像された第２撮像画像から測定対象物Ｗの変位を検出できる。

図５はオプティカルフローを説明するための図である。図５に示すように、オプティカルフローとは、測定対象物Ｗ上の各特徴点に対する変位ベクトルである。オプティカルフロー法では、連続する撮像フレーム間で物体の画面上での輝度が変わらないことや、隣接する画素が見ている測定対象物Ｗの表面が同様の方向に動くといった仮定のもとに、その変位ベクトルを表す二次元ベクトル場を求めることができる。

なお、測定対象物Ｗの上に特徴点を設定することが難しい場合には、測定対象物Ｗを載置する治具７２に特徴点を設定し、オプティカルフロー法で治具７２の変位を検出してもよい。この場合に検出される治具７２の変位は、測定対象物Ｗの変位と同等とみなすことが可能である。

（Ｂ）測定対象物Ｗにマーカーを添付する形態
第１撮像系１０が測定対象物Ｗを撮像する際に、測定対象物Ｗが十分な精度でトラッキングできる特徴点を有さない場合には、測定対象物Ｗにマーカーを添付する。測定対象物Ｗに添付されたマーカーを注目ポイントとして追跡することにより、測定対象物Ｗの相対的な変位を検出できる。

図６は、マーカーの一例を示す図である。図６の６Ａでは、二次元バーコード７５がマーカーとして測定対象物Ｗに添付されている。二次元バーコード７５として、例えば、図中の右側に示すＱＲコード（登録商標）７６を使用できる。また、ＱＲコード７６に代えて、図中の左側に示すData Matrix（登録商標）７７を使用することもできる。

図６の６Ｂでは、マーカーとして二次元バーコード７５が治具７２に添付されている。測定対象物Ｗが小型でマーカーを添付できない場合、二次元バーコード７５を治具７２に添付することで、測定対象物Ｗの変位として、治具７２の変位を検出してもよい。二次元バーコード７５を治具７２に添付する形態においても、二次元バーコード７５を測定対象物Ｗに添付する形態（図６の６Ａ）と同様に、ＱＲコード７６又はData Matrix７７を使用できる。

マーカーの一例として、二次元バーコード７５を例示したが、単純な円形等の図形をマ
ーカーとして使用してもよい。測定開始時に認識したマーカーを追跡することができれば、二次元バーコード７５であっても、図形であってもよい。

測定対象物Ｗの上に注目ポイントを設定する形態として、上述した２つの形態（Ａ）、（Ｂ）のいずれかの形態が選択されると、変位検出部１０６は、第２撮像系５０の撮像結果に基づき、ステレオカメラ方式により設定された注目ポイントの変位前後の座標（すなわち、注目ポイントの初期位置と現在位置）を求めることで、第１撮像系１０のカメラ１４の撮像中における測定対象物Ｗの変位を示す変位行列を算出する。なお、この変位行列は、第２撮像系５０の撮像結果に基づいて算出されるものであり、第２座標系に基づいて定められるものであることから、以下では「第２座標系変位行列」という。

ここで、変位検出部１０６で求められる第２座標系変位行列の導出方法について説明する。

第２撮像系５０のカメラ５１及び５２を使用して得られた、測定対象物Ｗの上の各注目ポイントの０フレームの変位前の座標（初期位置）をＰ_ｉ（０）とし、ｎフレーム目に測定した際の変位後の座標（現在位置）をＰ_ｉ（ｎ）とすると、撮像した第２撮像画像から、Ｐ_ｉ（０）は以下の式（１）で、Ｐ_ｉ（ｎ）は以下の式（２）で表現できる。添え字のｉは注目ポイントの位置番号であり、括弧内のｎは何フレーム目かを示している。
Ｐ_ｉ（０）＝［Ｘ_ｉ（０），Ｙ_ｉ（０），Ｚ_ｉ（０），１］^Ｔ・・・（１）
Ｐ_ｉ（ｎ）＝［Ｘ_ｉ（ｎ），Ｙ_ｉ（ｎ），Ｚ_ｉ（ｎ），１］^Ｔ・・・（２）

測定対象物Ｗが０フレーム目からｎフレーム目まで変位（並進変位及び回転変位）の量を表現する第２座標系変位行列をＭ_Ｂ（ｎ）とすると、Ｐ_ｉ（０）及びＰ_ｉ（ｎ）は、以下の式（３）で表現できる。
Ｐ_ｉ（ｎ）＝Ｍ_Ｂ（ｎ）Ｐ_ｉ（０）・・・（３）

そのため、４点以上の注目ポイントについて、それぞれ変位前後の座標としてＰ_ｉ（０）とＰ_ｉ（ｎ）の変化を調べておくことで、以下の式（４）が成り立つ。
［Ｐ_０（ｎ），Ｐ_１（ｎ），…，Ｐ_Ｍ（ｎ）］＝Ｍ_Ｂ（ｎ）［Ｐ_０（０），Ｐ_１（０），…，Ｐ_Ｍ（０）］・・・（４）

そして、式（４）をＭ_Ｂ（ｎ）について解くことにより、測定対象物Ｗの変位（並進変位及び回転変位）の量を表現する第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）を求めることができる。

以上のような導出方法を利用して、変位検出部１０６は、第２撮像系５０のカメラ５１及び５２を使用して得られた、測定対象物Ｗに設定した４点以上の注目ポイントの変位前後の座標（初期位置と現在位置）を求め、その求めた結果から、測定対象物Ｗの変位（並進変位及び回転変位）の量を表現する第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）を算出（検出）する。なお、変位検出部１０６で算出される第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）は、第２撮像系５０の第２座標系に基づくものである。

補正部１１２は、変位検出部１０６が算出した第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）を用いて、演算部１０２が算出した測定対象物Ｗの表面形状を補正する。

補正部１１２は、記憶部１０８に記憶されている座標系変換行列Ｍ_ｃｔ（座標系変換情報）を取得する。座標系変換行列Ｍ_ｃｔは、第２撮像系５０の第２座標系を第１撮像系１０の第１座標系に変換するための行列である。なお、座標系変換行列Ｍ_ｃｔは、事前準備の校正により取得されたものであり、測定対象物Ｗの測定時には記憶部１０８に記憶されている。なお、座標系変換行列Ｍ_ｃｔについては後述する。

補正部１１２は、補正後の座標群をＰ_ｉとすると、測定対象物Ｗの表面の座標群Ｐ_ｉ（ｎ）と、変位検出部１０６が検出した第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）と、座標系変換行列Ｍ_ｃｔとから、以下の式（５）により補正後の座標群Ｐ_ｉを算出する。ここで、座標群Ｐ_ｉ（ｎ）は第１撮像系１０が撮像したＮフレーム目の撮像画像から演算部１０２により算出された測定対象物Ｗの表面の座標群である。
Ｐ_ｉ＝Ｍ_ｃｔＭ_Ｂ（ｎ）Ｐ_ｉ（ｎ）・・・（５）

このようにして補正部１１２で算出された補正後の座標群Ｐ_ｉは、第１撮像系１０の撮像中に測定対象物Ｗに生じた変位（並進変位及び回転変位）による誤差が補正されたものとなる。

＜表面形状測定方法＞
次に、上記のように構成された表面形状測定装置１を用いて行われる表面形状測定方法について説明する。図７は、表面形状測定方法の一例を示すフローチャート図である。図７に示した表面形状測定方法は、主として、事前準備工程（ステップＳ１～ステップＳ７）と、測定工程（ステップＳ８～ステップＳ１４）とに大別される。以下、各工程について説明する。

＜事前準備工程＞
本実施形態における表面形状測定方法では、測定工程が行われる前に事前準備工程が行われる。事前準備工程では、第２撮像系５０の第２座標系を第１撮像系１０の第１座標系に変換するため座標系変換情報（座標系変換行列Ｍ_ｃｔ）を取得するための校正作業が行われる。

図８は、事前準備工程で行われる校正作業について説明するための図である。図８に示すように、校正作業を行う場合には、測定対象物Ｗの代わりに校正ターゲット８０を設置する（ステップＳ１：校正ターゲット設置工程）。本例における校正ターゲット８０には、Ｚ方向上向きの面（第１撮像系１０に対向する被測定面）に４つの半球８２が設けられると共に、側面（第２撮像系５０に対向する面）にはＱＲコード８４が添付されている。４つの半球８２は第１撮像系１０の校正用であり、ＱＲコード８４は第２撮像系５０の校正用である。

次に、測定対象物Ｗの測定時と同様にして、校正ターゲット８０に対する測定を行う（ステップＳ２：校正ターゲット測定工程）。具体的には、校正部１１４は、第１撮像系制御部１００を制御して、校正ターゲット８０に対して垂直方向に相対的に走査しながら所定の撮像間隔ごとに校正ターゲット８０を第１撮像系１０により撮像すると共に、第２撮像系制御部１０４を制御して、第１撮像系１０と同期しながら、校正ターゲット８０を第２撮像系５０により撮像する。

次に、校正部１１４は、校正ターゲット８０に対する測定回数が２回目か否かを判断する（ステップ３：校正ターゲット判断工程）。校正ターゲット８０に対する測定回数が１回目の場合（ステップＳ３においてＮｏの場合）、ステップＳ２からステップＳ３までの処理を繰り返す。一方、校正ターゲット８０に対する測定回数が２回目の場合（ステップＳ３においてＹｅｓの場合）、次のステップＳ４に進む。なお、本例では校正ターゲット８０に対する測定は２回繰り返し行われるが、３回以上繰り返し行われてもかまわない。ユーザは校正ターゲット判断工程における測定回数を任意（２回以上）に設定できる。

なお、ステップＳ２が実施されている間（すなわち、校正ターゲット８０に対する測定が行われる間）は、校正ターゲット８０には並進変位と回転変位とがともに生じているも
のとする。

次に、校正部１１４は、演算部１０２を制御して、第１撮像系１０の撮像結果に基づき、校正ターゲット８０に予め定められた４つの校正基準位置（三次元座標）を算出して記憶する（ステップＳ４：第１撮像系校正基準位置算出工程）。本例では、上述したように校正ターゲット８０には４つの半球８２が形成されており、校正部１１４は、４つの校正基準位置ｃ_ｉ（ｎ）として、４つの半球８２の各中心座標位置を測定回数毎に求める。なお、「ｃ_ｉ（ｎ）」の添え字のｉは校正基準位置の番号（１～４）を示し、括弧内のｎは測定回数（１～２）を示している。

ここで、１回目の測定で得られた各校正基準位置の三次元座標をｃ_ｉ（０）とし、２回目の測定で得られた各校正基準位置の三次元座標をｃ_ｉ（１）とした場合、以下の式（６）が成り立つ。
［ｃ_０（１），ｃ_１（１），ｃ_２（１），ｃ_３（１）］＝Ｍ_Ａ［ｃ_０（０），ｃ_１（０），ｃ_２（０），ｃ_３（０）］・・・（６）

Ｍ_Ａは、第１撮像系１０が固有で持つ第１座標系内での変位（並進変位及び回転変位）を表現する変位行列（以下、「第１座標系変位行列」という。）である。すなわち、この第１座標系変位行列Ｍ_Ａは、１回目の測定と２回目の測定との間に校正ターゲット８０が変位した場合に、１回目の測定で得られた第１撮像系１０の座標値と、２回目の測定で得られた第１撮像系１０の座標値との相関関係を示す行列である。

校正部１１４は、上記のように１回目と２回目の測定で得られた各校正基準位置の三次元座標により定められる式（６）をＭ_Ａについて解くことにより、第１座標系内での変位（並進変位及び回転変位）を表現する第１座標系変位行列としてＭ_Ａを求める。

次に、校正部１１４は、変位検出部１０６を制御して、第２撮像系５０の撮像結果に基づき、校正ターゲット８０に予め定められた複数の校正基準位置（三次元座標）を算出して記憶する（ステップＳ５：第２撮像系校正基準位置算出工程）

本例では、上述したように校正ターゲット８０の側面にはＱＲコード８４が形成されており、校正部１１４は、校正基準位置として、ＱＲコード８４により定められる４つの校正基準位置ｄ_ｉ（ｎ）を測定回数毎に求める。なお、「ｄ_ｉ（ｎ）」の添え字のｉは校正基準位置の番号（１～４）を示し、括弧内のｎは測定回数（１～２）を示している。

ここで、１回目の測定で得られた各校正基準位置の三次元座標をｄ_ｉ（０）とし、２回目の測定で得られた各校正基準位置の三次元座標をｄ_ｉ（１）とした場合、以下の式（７）が成り立つ。
［ｄ_０（１），ｄ_１（１），ｄ_２（１），ｄ_３（１）］＝Ｍ_Ｂ［ｄ_０（０），ｄ_１（０），ｄ_２（０），ｄ_３（０）］・・・（７）

Ｍ_Ｂは、第２撮像系５０が固有で持つ第２座標系内での変位（並進変位及び回転変位）を表現する第２座標系変位行列である。すなわち、この第２座標系変位行列Ｍ_Ｂは、１回目の測定と２回目の測定との間に校正ターゲット８０が変位した場合に、１回目の測定で得られた第２撮像系５０の座標値と、２回目の測定で得られた第２撮像系５０の座標値との相関関係を示す行列である。

校正部１１４は、上記のように１回目と２回目の測定で得られた各校正基準位置の三次元座標により定められる式（７）をＭ_Ｂについて解くことにより、第２撮像系５０内での変位（並進変位及び回転変位）を表現する第２座標系変位行列としてＭ_Ｂを求める。

このようにして求められた第１座標系変位行列Ｍ_Ａと第２座標系変位行列Ｍ_Ｂとは同じ校正ターゲット８０を異なる座標系で見たときの変位行列であることから、以下の式（８）が成り立つ。
Ｍ_Ａ＝Ｍ_ｃｔＭ_Ｂ・・・（８）

ここで、Ｍ_ｃｔは、第２撮像系５０の第２座標系を第１撮像系１０の第１座標系に変換するための変換行列である。すなわち、この座標系変換行列Ｍ_ｃｔを用いることで、後述するように（式（９）参照）、第２撮像系５０で得られた測定対象物Ｗの変位（並進変位及び回転変位）を第２座標系から第１座標系に変換することが可能となる。

校正部１１４は、式（８）から座標系変換行列Ｍ_ｃｔを求め、その結果を記憶部１０８に記憶する（ステップＳ６：変換行列算出工程、ステップＳ７：変換行列記憶工程）。

以上のようにして事前準備工程が終了する。なお、既に、校正部１１４により座標系変換行列Ｍ_ｃｔが求められ、その結果が記憶部１０８に記憶されている場合には、必ずしも事前準備工程を行わなくてもよい。すなわち、前回の校正作業が行われてから第１撮像系１０と第２撮像系５０の相対位置が変わらない場合（例えば、後述の測定工程が続けて行われる場合など）、座標系変換行列Ｍ_ｃｔは一定に保たれるため、上述の校正作業を省略することが可能であり、測定が行われる度に校正作業を行う必要はない。

＜測定工程＞
図１に示すように、測定対象物Ｗを表面形状測定装置１の測定位置に設置する（ステップＳ８：測定対象物設置工程）。なお、測定対象物Ｗは測定対象物Ｗにマーカーを添付しない形態でも、マーカーを添付する形態のいずれでもよい。また、測定対象物Ｗは治具７２に載置されても、載置されていなくてもよい。

次に、設置された測定対象物Ｗに対する測定を行う（ステップＳ９：測定対象物測定工程）。具体的には、測定部１１６は、第１撮像系制御部１００を制御して、測定対象物Ｗに対して垂直方向に相対的に走査しながら所定の撮像間隔ごとに測定対象物Ｗを第１撮像系１０により撮像すると共に、第２撮像系制御部１０４を制御して、第１撮像系１０と同期しながら、測定対象物Ｗを第２撮像系５０により撮像する。

次に、演算部１０２は、測定対象物Ｗの表面形状を算出する（ステップＳ１０：表面形状算出工程）。具体的には、演算部１０２は、第１撮像系１０の撮像結果から測定対象物Ｗの測定面の三次元形状（表面形状）の測定し、測定対象物Ｗの表面の座標群Ｐ_ｉ（ｎ）を算出する。

次に、変位検出部１０６は、第２撮像系５０の撮像結果から第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）を算出する（ステップＳ１１：第２座標系変位行列算出工程）。具体的には、変位検出部１０６は、式（１）から式（４）に基づいて、第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）を算出する。

次に、補正部１１２は、座標系変換行列Ｍ_ｃｔを記憶部１０８から取得する（ステップＳ１２：座標系変換行列取得工程）。座標系変換行列Ｍ_ｃｔは事前準備工程で取得され、記憶部１０８に記憶されている。

次に、補正部１１２は、座標系変換行列Ｍ_ｃｔと第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）から、第１座標系変位行列Ｍ_Ａ（ｎ）を算出する（ステップＳ１３：第１座標系変位行列算出工程）。具体的には、補正部１１２は、以下の式（９）から第１座標系変位行列Ｍ_Ａ（ｎ）を算出する。
Ｍ_Ａ＝Ｍ_ｃｔＭ_Ｂ・・・（９）

次に、補正部１１２は、第１座標系変位行列Ｍ_Ａ（ｎ）を用いて測定対象物の表面形状を補正する（ステップＳ１４：補正工程）。具体的には、補正部１１２は、補正後の座標群Ｐ_ｉを座標群Ｐ_ｉ（ｎ）と第１座標系変位行列Ｍ_Ａ（ｎ）とから以下の式（１０）により算出する。補正後の座標群Ｐ_ｉを算出できれば処理を終了する。
Ｐ_ｉ＝Ｍ_Ａ（ｎ）Ｐ_ｉ（ｎ）・・・（１０）

本実施形態では、第１撮像系１０が撮像した第１撮像画像から演算した測定対象物Ｗの表面形状を、第１撮像系１０とは別体の第２撮像系５０が撮像した第２撮像画像に基づいて検出した測定対象物Ｗの変位と、第２撮像系５０の第２座標系を第１撮像系１０の第１座標系に変換するための座標系変換情報とから補正するので、精度の高い表面形状の測定ができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、上述した第１実施形態と同一の作用を奏する部分には、同一の符号を付することによりその部分の詳細な説明を省略し、主に他の実施形態と異なる点を説明する

図９は、測定対象物Ｗの表面形状を測定する表面形状測定装置２の概略図である。なお、第２実施形態の表面形状測定装置２は、第１実施形態の表面形状測定装置１とは、第２撮像系５０の構成が異なる。第２実施形態の第２撮像系５０は、１台のカメラ５３（単眼のカメラ）で構成され、撮像指示により一枚の画像Ｇを第２撮像画像として撮像し、制御装置９０に出力する。第２実施形態は、設置のスペースの制限によっては１台のカメラを備えた構成しか選択できない場合に、特に有用である。また、第１実施形態と第２実施形態とでは、変位検出部１０６の処理が異なっている。

第２実施形態の第１撮像系１０及び演算部１０２は第１実施形態と同様である。第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、測定対象物Ｗの上に注目ポイントを設定する形態として、測定対象物Ｗにマーカーを添付する形態と、測定対象物Ｗにマーカーを添付しない形態と、を選択できる。

変位検出部１０６は、第２実施形態では、例えば、以下の手順で変位（並進変位と回転変位）を検出する。

第２撮像系５０のカメラ５３を使用して得られた、測定対象物Ｗの上の各注目ポイントの０フレームの変位前の座標（初期位置）をｐ_ｉ（０）とし、ｎフレーム目に測定した際の変位後の座標（現在位置）をｐ_ｉ（ｎ）とすると、第２撮像系５０のカメラ５３が撮像した第２撮像画像から、ｐ_ｉ（０）は以下の式（１１）で、ｐ_ｉ（ｎ）は以下の式（１２）で表現できる。添え字のｉは注目ポイントの位置番号であり、括弧内のｎは何フレーム目かを示している。
ｐ_ｉ（０）＝［ｘ_ｉ（０），ｙ_ｉ（０），１］^Ｔ・・・（１１）
ｐ_ｉ（ｎ）＝［ｘ_ｉ（ｎ），ｙ_ｉ（ｎ），１］^Ｔ・・・（１２）

変位前の座標ｐ_ｉ（０）及び変位後の座標ｐ_ｉ（ｎ）は、１台のカメラ５３で撮像された画像（第２撮像画像）の画像内での二次元座標として取得される。そのため、第１実施形態とは異なり以下の処理が必要となる。

まず三次元空間の点Ｐ_ｉ（ｎ）をカメラ５３が撮像して二次元の画像上の点ｐ_ｉ（ｎ）に投影する場合を考える。三次元空間のＰ_ｉ（ｎ）を二次元のｐ_ｉ（ｎ）に投影する行列
をＡ［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］とすると、Ｐ_ｉ（ｎ）及びｐ_ｉ（ｎ）に関して以下の式（１３）が成り立つ。
ｐ_ｉ（ｎ）＝Ａ［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］Ｐ_ｉ（ｎ）・・・（１３）

ここで、Ａは内部パラメータ又はカメラ行列と呼ばれ、レンズの焦点距離や撮像素子のピクセル数に依存した固有の３×３の行列である。Ｒ（ｎ）は回転変位を表す３×３の行列であり、ｔ（ｎ）は並進変位を表す３×１のベクトルである。ここで、［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］は三次元空間上での回転変位と並進変位を表現する３×４の回転並進行列となる。

カメラ行列Ａは、一般的に以下の式（１４）で示され、三次元空間から二次元への写像を表現する。

また、Ｒ（ｎ）はθ等を用いて表現すると、一般化して以下の式（１５）のように各軸周りの回転行列の積となる。
Ｒ（ｎ）＝Ｒ_ｘ（α）Ｒ_ｙ（β）Ｒ_ｚ（γ）・・・（１５）
Ｒ_ｘ（α）、Ｒ_ｙ（β）及びＲ_ｚ（γ）のそれぞれの角度をθとすると、以下の式（１６）で表現できる。

また、ｔ（ｎ）は並進変位を表す３×１のベクトルであるので以下の式（１７）で表現できる。
ｔ（ｎ）＝［ｘ，ｙ，ｚ］^Ｔ・・・（１７）

したがって、式（１３）は、三次元空間上の点を二次元へ写像する行列となる。

次に、測定対象物Ｗにマーカーを添付する形態と測定対象物Ｗにマーカーを添付しない形態とについて、それぞれ説明する。

まず、測定対象物Ｗにマーカーを添付する形態について説明する。カメラ行列Ａは既知のカメラキャリブレーションと呼ばれる方法で事前に求めることができる。そのため、マーカーを用いる場合は、三次元空間のＰ_ｉ（ｎ）及び二次元のｐ_ｉ（ｎ）は既知の値となる。その結果、式（１３）において、未知数はＲ（ｎ）及びｔ（ｎ）となり、以下の式（１８）が成り立つ。
Ａ^－１［ｐ_０（ｎ），ｐ_１（ｎ），…，ｐ_Ｉ（ｎ）］＝［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］［Ｐ_０（ｎ），Ｐ_１（ｎ），…，Ｐ_Ｉ（ｎ）］・・・（１８）

そして、式（１８）をＲ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］について解くことにより、回転並進行列［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］を求めることができる。

次に、測定対象物Ｗにマーカーを添付しない形態について説明する。マーカーを用いない形態の場合には、式（１３）において、未知数はＲ（ｎ）及びｔ（ｎ）に加えて、Ｐ_ｉ（ｎ）も未知数として含まれるため、式（１３）を直接解くことができない。その結果、回転並進行列［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］を直接求めることができない。

そこで、バンドル調整方式を適用することで、ｎ＝０からの相対的なＲ（ｎ）、ｔ（ｎ）及びＰ_ｉ（ｎ）を求める。なお、バンドル調整方式は既知の技術（岩元祐輝, 菅谷保之, 金谷健一. “3 次元復元のためのバンドル調整の実装と評価.” コンピュータビジョンとイメージメディア (CVIM) 2011.19 (2011): 1-8.）として存在する。

測定対象物Ｗにマーカーを添付する形態及び測定対象物Ｗにマーカーを添付しない形態のいずれにおいても、回転並進行列［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］を求めることができる。そして、上述の方法により得られた回転並進行列［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）］を用いて、変位検出部１０６は、測定対象物Ｗの変位（並進変位及び回転変位）として、以下の式（１９）により、第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）を算出（検出）する。
Ｍ_Ｂ（ｎ）＝［Ｒ（ｎ）｜ｔ（ｎ）；０｜１］^－１・・・（１９）

第１実施形態と同様に、補正部１１２は、変位検出部１０６が算出した第２座標系変位行列Ｍ_Ｂ（ｎ）と、記憶部１０８に記憶されている座標系変換行列Ｍ_ｃｔとを用いて、演算部１０２が算出した測定対象物Ｗの表面形状を補正する。具体的には、補正部１１２は、以下の式（２０）により、測定対象物Ｗの表面の座標群Ｐ_ｉ（ｎ）に対して補正後の座標群Ｐ_ｉを算出する。
Ｐ_ｉ＝Ｍ_ｃｔＭ_Ｂ（ｎ）Ｐ_ｉ（ｎ）・・・（２０）

第２実施形態でも、第１実施形態と同様に事前準備工程が実施される。第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、事前準備工程では図９に示す表面形状測定装置２が適用される。

第２撮像系５０が１台のカメラ５３で構成される第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１撮像系１０が撮像した第１撮像画像から演算した測定対象物Ｗの表面形状を、第１撮像系１０とは別体の第２撮像系５０が撮像した第２撮像画像に基づいて検出した測定対象物Ｗの変位と、第２撮像系５０の第２座標系を第１撮像系１０の第１座標系に変換するための座標系変換情報とから補正するので、精度の高い表面形状の測定ができる。

なお、第１撮像系１０の光学ヘッド１２がマイケルソン型の白色干渉顕微鏡である場合を説明したが、ミラウ型の白色干渉顕微鏡であっても、リニック型の白色干渉顕微鏡であってもよい。また光学ヘッド１２はレーザ共焦点方式、又は合焦点方式のいずれかの方式の顕微鏡、であってもよい。

１…表面形状測定装置、２…表面形状測定装置、１０…第１撮像系、１２…光学ヘッド、１４…カメラ、１６…駆動部、１８…エンコーダ、２６…光源部、２８…ビームスプリッタ、３０…干渉対物レンズ、３０Ａ…対物レンズ、３０Ｂ…ビームスプリッタ、３０Ｃ…参照面、３２…結像レンズ、５０…第２撮像系、５１、５２、５３…カメラ、７０…ステージ、７２…治具、７４…ステージ駆動部、７５…二次元バーコード、７６…ＱＲコード、７７…Ｄａｔａ Ｍａｔｒｉｘ、８０…校正ターゲット、８２…半球、８４…ＱＲコード、９０…制御装置、９１…操作部、９２…表示部、１００…第１撮像系制御部、１０２…演算部、１０４…第２撮像系制御部、１０６…変位検出部、１０８…記憶部、１１０…制御部、１１２…補正部、１１４…校正部、１１６…測定部、Ｗ…測定対象物

Claims (9)

1. 測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置において、
   前記測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら所定の撮像間隔ごとに前記測定対象物を撮像する第１撮像系と、
   前記第１撮像系とは別体であり、前記第１撮像系と同期して前記測定対象物又は前記測定対象物の支持物を撮像する第２撮像系と、
   前記第１撮像系が撮像した複数の第１撮像画像に基づき、前記測定対象物の表面形状を算出する演算部と、
   前記第２撮像系の第２座標系を前記第１撮像系の第１座標系に変換するための座標系変換情報を記憶する記憶部と、
   前記第２撮像系が撮像した複数の第２撮像画像に基づき、前記第１撮像系の撮像中における前記測定対象物の変位を検出する変位検出部と、
   前記変位検出部の検出結果と前記座標系変換情報とに基づき、前記演算部が算出した前記表面形状を補正する補正部と、
   を備える、表面形状測定装置。
2. 前記座標系変換情報は、前記第２座標系を前記第１座標系に変換する変換行列である、
   請求項１に記載の表面形状測定装置。
3. 校正ターゲットに対して前記第１撮像系及び前記第２撮像系が撮像した結果から前記座標系変換情報を取得する校正部を備える、
   請求項１又は２に記載の表面形状測定装置。
4. 前記第２撮像系が、単眼のカメラを備え、前記変位検出部はバンドル調整方式により前記測定対象物の変位を検出する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
5. 前記第２撮像系が、複眼のカメラを備え、前記変位検出部はステレオカメラ方式により前記測定対象物の変位を検出する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
6. 前記測定対象物又は前記測定対象物の支持物にマーカーが添付されている場合、前記変位検出部は前記マーカーを追跡することで前記測定対象物の変位を検出する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
7. 前記測定対象物又は前記測定対象物の支持物にマーカーが添付されていない場合、前記変位検出部は、前記測定対象物又は前記測定対象物の支持物に設定された特徴点を追跡することで前記測定対象物の変位を検出する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
8. 前記第１撮像系は白色干渉方式、レーザ共焦点方式、又は合焦点方式のいずれかの方式の顕微鏡、である、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の表面形状測定装置。
9. 第１撮像系を測定対象物に対して垂直方向に相対的に走査しながら所定の撮像間隔ごとに前記測定対象物を撮像すると第１撮像工程と、
   前記第１撮像系とは別体の第２撮像系で、前記第１撮像系と同期して前記測定対象物又は前記測定対象物の支持物を撮像する第２撮像工程と、
   前記第１撮像工程で撮像された複数の第１撮像画像に基づき、前記測定対象物の表面形
   状を算出する演算工程と、
   前記第２撮像系が撮像した複数の第２撮像画像に基づき、前記第１撮像系の撮像中における前記測定対象物の変位を検出する変位検出工程と、
   前記変位検出工程の検出結果と、前記第２撮像系の第２座標系を前記第１撮像系の第１座標系に変換するための座標系変換情報とに基づき、前記演算工程が算出した前記表面形状を補正する補正工程と、
   を備える、表面形状測定方法。

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